農業機械計算機及智能技術應用分析

歐陽俊

（長江大學文理學院，湖北 荊州 434020）

計算機、人工智能、云計算以及大數據等現代化技術的出現，加快了我國傳統農業向新型農業轉型升級的步伐，農業與計算機科學的有機結合，達到了一加一大于二的效果，農業生產正在朝著自動化、信息化以及智能化的方向發展。實踐證明，計算機智能化技術與農業生產的結合，不僅提高了作業生產效率，而且降低了不必要的人力浪費，推動了規模化作業的發展[1]。

1 技術應用

農業機械的智能化應用，其作用主要體現在作業功能更加全面，比人為操作更加可靠和安全。其全面性主要體現在，它不僅僅能用于最主要的生產活動，還可以智能監控當前作業生產環境，記錄數據并監控生產過程是否存在缺陷，而且可以進行聯網故障診斷，反應速度大大提高。專業人士可以通過機器傳回的數據，進行一系列判斷，如根據環境參數的變化調整生產決策，根據市場需求的實時變化，確定如何從生產方面做出應對，為決策者提供重要參考，使決策更加科學，更有針對性[2]。

1.1 自動監控及控制

農業機械的自動化，通過機械與計算機技術的智能結合，實現了能源動力代替傳統人力的跨越，如今該項技術已經日漸成熟，得到了廣泛應用，發展勢頭迅猛。例如，農業機械設備上安裝的智能控制設備、電子監控設備，設備駕駛艙中設置實時情況顯示屏。具體操作流程是技術人員根據機器記錄的產量情況和環境參數，經過具體計算，預測下一季度的產量，并通過對市場進行分析，確定產量是否合理，從而調整生產強度。

目前，該技術主要應用于配備傳感器的收割機等機械。現代農業的生產規模使得人工收割的技術早已不適用于當下的生產環境。現代智能谷物收割機一般具有割取高度自動變化，脫粒喂入量自動控制，收割自動仿形以及谷物損失率自動檢測等功能，并能夠做到自我故障檢測，綜合智能計算產量、產率、收割面積等。其精確度能達到精細農作的要求，如圖1所示。有的農機具還配有更先進的傳感器，設置有衛星定位系統接收機，通過數據快速傳輸，技術員能快速收到反饋的數據報告、分布圖等。

圖1 智能收割機傳感器裝配

1.2 新能源技術使用

我國人口眾多，是能源消耗大國，因此新能源技術也需不斷推陳出新。農業機械與新能源智能化的結合，就是在進行農業機械具體操作時，應用新能源代替傳統模式提供動力，其工作環境暴露在陽光下的性質，為新能源的轉型提供了一定的先天性優勢，太陽能、風能、水能等是被利用到的幾種主流能源[3]。

在智能化農業機械的設計上，要擺脫傳統的思維，不能僅僅限制于作業一個目標。新型的機械設計包括了害蟲消殺、農田灌溉、播種種植、收割以及牲口養殖等多個方面。例如，在新能源技術以及智能化計算機的控制下，設計智能光電溫室大棚，許多擁有先進技術的國家，已經做到利用該技術控制農作物的生產環境，如溫度、光照強度等；利用太陽能智能采集以及計算機技術，生產誘蟲燈，從而減少農藥使用量，有效防止害蟲危害；利用水能設計智能灌溉系統，結合風力發電，進行精細灌溉，智能嚴格地控制不同農作物的灌溉量。

在進行大面積的農田種植時，進行農作物的養護是十分復雜的操作，使用智能化的大型灌溉設備比漫灌節約更多的水資源。系統會根據具體情況和數據智能調整灌溉機器的作業進行速度、噴水量、壓力等運行參數。在使用智能化機械之后，根據環境改變進行參數改變，不需要人工控制就能實現。更先進的機械能夠根據土壤性質和生長期等數據的不同更改程序，該技術已經在國外一些發達地區得到應用。農藥噴灑系統、施肥機也是一樣的運作原理。

1.3 機器視覺與自動駕駛

施肥機、收割機等智能機械都離不開自動駕駛的設置，因此，更精準的自動駕駛技術也成了近年來的研究熱點。精準的自動駕駛過程離不開定位技術、智能路徑規劃以及跟蹤控制[4]。

定位技術目前已經較為完善，可以通過智能連接與所應用的領域直接結合。自動駕駛的重要前提就是準確得到所處位置的反饋，這對后續的規劃控制都有著巨大的影響。全球導航衛星系統（GNSS）可以精準反饋農機所處位置的具體坐標、行駛速度以及時間，是目前在農機作業領域中應用最普遍的方法。該方式雖然能夠獲得機械的絕對位置信息，但是也可能會由于環境的影響導致出錯。因此，該運行機制不僅要依靠導航系統，還應該與機器視覺以及IMU等其他導航方式進行結合，形成多種傳感器的協同合作，有效提升決策準確性以及行走路徑可靠度。機械自查錯系統可以幫助導航系統進行糾錯，提高精度。基于自動駕駛的拖拉機操作過程如圖2所示，便于讀者更直觀地理解操作過程。

圖2 基于自動駕駛的拖拉機操作過程

此外，與智能駕駛相結合的還有環境感知技術，它是智能駕駛所需要的核心技術之一，其作用在于可以模擬駕駛員的存在，感知路況和周遭環境，不僅僅是對路徑的選擇，還包括周圍的車輛信息，用于決策和組合。另外，在駕駛過程中，有可能會遇到樹木、電線等類似的障礙物，機器視覺和環境感知技術都可以用于及時檢測并規避障礙物，及時防止危險的發生。該技術雖然逐漸成熟，但是還有許多精確度上的問題還未解決，我國的農業專家們正努力地進行研究和創新。國外已經有學者在該方面展開研究，對視覺上獲得的數據與決策之間的關系進行了研究，主要應用的有Hough變換法、最小二乘法等。該過程中應用的相關設備有雷達、智能相機、超聲等。

1.4 CAD的應用

CAD技術便于三維智能設計及編輯。該技術在農業機械使用上的作用是，通過軟件相關的變換，改變機器參數，對機器的裝備進行優化，明確裝備過程順序以及具體裝備位置。對機器的結構可進行預先設計，達到改善外觀的目的，提高機器性能。傳統的農機設計沒有結合智能數字設計，也沒與計算機技術相結合，設計生產是一體的，難以改變。農機設計與計算機相結合之后，設計容易修改，更加便于設計師向顧客傳達設計理念，提高生產機器的質量。

具體到例如設計農機底盤，可以利用CAD軟件的相關技術，進行實時的基礎功能設計和變形，根據客戶的要求，進行圖紙修改，根據零件所處的位置，出具絕對坐標和位置信息，使裝配更加準確。通過該方法進行調整過的農業機械，更加符合客戶的實際使用需求，更加穩定，便于操作。

1.5 農業機器人興起

歐美等發達國家為農業機械配備傳感器、熱成像儀等先進裝備制造農業機器人，代替人類進行農田實地觀察和數據記錄，并將數據上傳到互聯網，專業技術人員通過建模，計算產量等數據并進行生產計劃的調整。目前應用的該類型機器人，具備信息通信、圖像識別、智能分析建模、自動控制自動查錯等功能，先進的還帶有除草施肥等多種功能。機器人的興起，使得智能化技術能更好地服務于農業生產，大大提高了生產效率[5]。

2 未來展望

現代農業的發展離不開智能化技術。作為農業大國，農業科技是我國農業發展的首要推動力。國家和政府應當積極投入，強化對農民的現代化教育，加強對智能化農業的宣傳，使得農業智能化技術能夠普及，為農業智能化技術的應用、實驗、發展營造一個良好的環境，同時加大對農業相關技術人員的培養力度。將現代科技和先進的知識融入農業發展，是廣大農業科學家擔承的重大責任。

3 結語

綜上所述，中國的農業發展整體呈積極上升的趨勢，相關技術已經大規模投入到農業生產中。智能化與農業機械的結合目前在歐美等發達國家發展迅速，國內應用實踐起步相對較晚，隨著人工智能、物聯網等技術不斷涌現，我國的農業發展會步入一個全新的階段。